高中物理 磁場(chǎng)鞏固學(xué)案 新人教版選修3

1、磁場(chǎng)鞏固學(xué)案一、 安培力的判斷及計(jì)算：F=BILsin（為I與B的夾角）例1.如圖所示，A為一水平旋轉(zhuǎn)的橡膠盤，帶有大量均勻分布的負(fù)電荷，在圓盤正上方水平放置一通電直導(dǎo)線，電流方向如圖。當(dāng)圓盤高速繞中心軸OO轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通電直導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力的方向是（ ） A、豎直向上B、豎直向下C、水平向里D、水平向外例2.載流導(dǎo)線L1、L2處在同一平面內(nèi)，L1是固定的，L2可繞垂直紙面的固定轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動(dòng)，各自的電流方向如圖所示，則下列說法中正確的是（ ） A、因不受磁場(chǎng)力作用，故L2不動(dòng)B、因L2所受的磁場(chǎng)力對(duì)軸O的力矩相平衡，故L2不動(dòng)S NC、L2繞軸O按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)D、L2繞軸O按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)例3. 如

2、圖在條形磁鐵N極附近懸掛一個(gè)線圈，當(dāng)線圈中通有逆時(shí)針方向的電流時(shí)，線圈將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)？例4.如圖所示，用均勻粗細(xì)的電阻絲折成平面三角形框架，三邊的長(zhǎng)度分別為3L、4L和5L，電阻絲L的長(zhǎng)度的電阻為r，框架與一電動(dòng)勢(shì)為e、內(nèi)阻為r的電源相連接，垂直于框架平面有磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則框架受到的磁場(chǎng)力大小為 方向是 例5.在傾角37的斜面上，固定一寬 l =0.2m的金屬框，電池電動(dòng)勢(shì) 10V，內(nèi)阻不計(jì)，垂直框架放一質(zhì)量為m=0.1kg 的金屬桿ab， 桿與導(dǎo)軌間的摩擦因數(shù)為0.5. 整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B1T，豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖.當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R的阻值在什么范圍內(nèi)，可使金屬桿靜止

3、在導(dǎo)軌上？（g取10m/s2）二、洛倫茲力的判斷及計(jì)算帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中僅受洛倫茲力而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，洛倫茲力充當(dāng)向心力，即: qvB = m v 2/r由此可以推導(dǎo)出該圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式和周期公式：r= mv/qB, T =2m/qB 【說明】由洛倫茲力所引起的帶電粒子運(yùn)動(dòng)的方向總是與洛倫茲力的方向相垂直的，所以它對(duì)運(yùn)動(dòng)的帶電粒子總是不做功的。、帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)：關(guān)鍵是找圓心、畫軌跡、求半徑及圓心角，同時(shí)要利用好對(duì)稱性和幾何關(guān)系。例1. 一個(gè)質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子從x軸上的P(a，0)點(diǎn)以速度v，沿與x正方向成60的方向射入第一象限內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并恰好垂直于y軸射出第一

4、象限。求勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和射出點(diǎn)的坐標(biāo)。遇如下兩特殊情況的處理方法：穿過矩形磁場(chǎng)區(qū)。一定要先畫好輔助線（半徑、速度及延長(zhǎng)線）。偏轉(zhuǎn)角由sin=L/R求出。側(cè)移由R2=L2-(R-y)2解出。經(jīng)歷時(shí)間由t =m/qB得出。【注意】這里射出速度的反向延長(zhǎng)線與初速度延長(zhǎng)線的交點(diǎn)不再是寬度線段的中點(diǎn)，這點(diǎn)與帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)結(jié)論不同！穿過圓形磁場(chǎng)區(qū)。畫好輔助線（半徑、速度、軌跡圓的圓心、連心線）。偏角可由求出。經(jīng)歷時(shí)間由得出?！咀⒁狻坑蓪?duì)稱性，若入射線的方向指向磁場(chǎng)圓心，則射出線的反向延長(zhǎng)線必過磁場(chǎng)圓的圓心。例2. 電視機(jī)的顯像管中，電子束的偏轉(zhuǎn)是用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。電子束經(jīng)過電壓為U的

5、加速電場(chǎng)后，進(jìn)入一圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，如圖所示。磁場(chǎng)方向垂直于圓面。磁場(chǎng)區(qū)的中心為O，半徑為r。當(dāng)不加磁場(chǎng)時(shí)，電子束將通過O點(diǎn)而打到屏幕的中心M點(diǎn)。為了讓電子束射到屏幕邊緣P，需要加磁場(chǎng)，使電子束偏轉(zhuǎn)一已知角度，此時(shí)的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)為多少？例3.如圖所示，一質(zhì)量為m，帶電荷量為+q的粒子以速度v0從O點(diǎn)沿y軸正方向射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，粒子飛出磁場(chǎng)區(qū)域后，從點(diǎn)b處穿過x軸，速度方向與x軸正方向的夾角為30，同時(shí)進(jìn)入場(chǎng)強(qiáng)為E、方向沿x軸負(fù)方向成60角斜向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，通過了b點(diǎn)正下方的c點(diǎn)，如圖所示。粒子的重力不計(jì)，試求：（1）圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)的最小面積。（

6、2）c點(diǎn)到b點(diǎn)的距離s。、帶電微粒在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（常會(huì)涉及到受力分析、運(yùn)動(dòng)分析以及能量關(guān)系）、復(fù)合場(chǎng)：復(fù)合場(chǎng)一般包括重力場(chǎng)、電場(chǎng)和磁場(chǎng)這三種場(chǎng)的任意兩種復(fù)合或三種場(chǎng)復(fù)合。、帶電體在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)受力分析帶電物體在重力場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變由其受到的合力決定，因此，對(duì)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行受力分析時(shí)必須注意以下幾點(diǎn)：受力分析的順序：先場(chǎng)力(包括重力、電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力)、后彈力、再摩擦力等。電子、質(zhì)子、離子等微觀的帶電粒子無特殊說明一般不計(jì)重力；帶電小球、塵埃、油滴、液滴等帶電顆粒無特殊說明一般計(jì)重力；如果有具體數(shù)據(jù)可通過比較確定是否考慮重力。、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分析正確分析帶電粒子

7、的受力及運(yùn)動(dòng)特征是解決問題的前提帶電粒子在疊加場(chǎng)中做什么運(yùn)動(dòng)，取決于帶電粒子所受的合外力及其初始狀態(tài)的速度，因此應(yīng)把帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況結(jié)合起來進(jìn)行分析。1、當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中所受的合外力為0時(shí)，粒子將靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)。2、當(dāng)帶電粒子所受的合外力與運(yùn)動(dòng)方向在同一條直線上時(shí)，粒子將做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。3、當(dāng)帶電粒子所受的合外力充當(dāng)向心力時(shí)，粒子將做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。4、當(dāng)帶電粒子所受的合外力的大小、方向均是不斷變化的，則粒子將做一般的變速運(yùn)動(dòng)，這類問題一般只能用能量關(guān)系處理。、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題的處理方法解決這類問題的方法可按以下思路進(jìn)行：正確進(jìn)行受力分析、除彈力、重力、摩擦力，

8、要特別注意電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的分析。正確進(jìn)行物體的運(yùn)動(dòng)狀況分析，找出物體的速度、位置及變化，分清運(yùn)動(dòng)過程，如果出現(xiàn)臨界狀態(tài)，要分析臨界條件。恰當(dāng)選用解決力學(xué)問題的三大方法：1)牛頓運(yùn)動(dòng)定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式(只適用于勻變速運(yùn)動(dòng))；2)用動(dòng)量觀點(diǎn)分析，即動(dòng)量守恒定律；3)用能量觀點(diǎn)分析，包括動(dòng)能定理和機(jī)械能(或能量)守恒定律，應(yīng)注意：不論帶電體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何，洛侖茲力永遠(yuǎn)不做功，電場(chǎng)力與重力做功與路徑無關(guān)。在這三大方法中，應(yīng)首選能量觀點(diǎn)和動(dòng)量觀點(diǎn)進(jìn)行分析。常見具體情況如下：帶電微粒在三個(gè)場(chǎng)共同作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。由于重力和電場(chǎng)力均為恒力，則必然是電場(chǎng)力和重力平衡，而洛倫茲力充當(dāng)向心力。E B例1 一個(gè)帶電

9、微粒在圖示的正交勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中在豎直面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。則該帶電微粒必然帶_，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)開。若已知圓半徑為r，電場(chǎng)強(qiáng)度為E磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則線速度為_。帶電微粒在含有磁場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，情況如下：當(dāng)初速v0與B平行時(shí)，不受洛倫茲力，則電場(chǎng)力與重力的合力必然與初速v0共線，則可能作勻變速直線運(yùn)動(dòng)(當(dāng)F電=mg時(shí)，作勻速直線運(yùn)動(dòng))。當(dāng)初速v0與B不平行時(shí)，若做直線運(yùn)動(dòng)，則必然是勻速直線運(yùn)動(dòng)（因?yàn)樗俣却笮∫蛔兓?，洛倫茲力大小就?huì)變化，軌跡就不會(huì)保持一條直線）。與力學(xué)緊密結(jié)合的綜合題，要認(rèn)真分析受力情況和運(yùn)動(dòng)情況（包括速度和加速度）。必要時(shí)加以討論。例2. 如圖所示，套在絕緣棒上的小球，

10、質(zhì)量為m=0.1g，帶有q=410-4C的正電荷，小球在棒上可以自由滑動(dòng)，直棒放在互相垂直且沿水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)E=10N/C和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B=0.5T之中，小球和直棒之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為=0.2。求：小球由靜止沿棒豎直下落的最大加速度和最大速度。（設(shè)小球在運(yùn)動(dòng)過程中電量不變）。例3.用一根長(zhǎng)L=0.8m的絕緣輕繩，吊一質(zhì)量m=1.0g的帶電小球，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2.5T、方向如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中把小球拉到懸點(diǎn)的右側(cè)，輕繩剛好水平拉直，將小球由靜止釋放，小球便在垂直于磁場(chǎng)的豎直平面內(nèi)擺動(dòng)當(dāng)小球第一次擺到最低點(diǎn)時(shí)，懸線的拉力恰好為0.5mg（取重力加速度g=10m/s2）.求：（1）小球帶何種電荷，

11、電量是多少？ （2）當(dāng)小球第二次經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)，懸線對(duì)小球的拉力多大？例4.ab、cd為平行金屬板，板間存在正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度E=100V/m，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=4T。如圖所示，一帶電荷量q=1.010-8C、質(zhì)量m=1.010-10kg的微粒，以初速度v0=30m/s、垂直板進(jìn)入板間場(chǎng)區(qū)，粒子做曲線運(yùn)動(dòng)至M點(diǎn)時(shí)速度方向與極板平行，在M點(diǎn)這一帶電粒子恰與另一質(zhì)量和它相等的不帶電微粒吸附在一起，之后一起做勻速直線運(yùn)動(dòng)，不計(jì)重力，求：（1）微粒帶何種電荷？ （2）微粒在M點(diǎn)吸咐另一微粒前速度多大？（3）M點(diǎn)距ab板的距離是多大？例5.如圖所示，質(zhì)量M=3.0kg的小車靜止在光滑的水平面上，AD部分是表面粗糙的水平導(dǎo)軌，DC部分是光滑的1/4圓弧且半徑為R=5m導(dǎo)軌，整個(gè)導(dǎo)軌都是由絕緣材料制成的，小車所在平面內(nèi)有豎直向上E=40N/C的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里B=2.0T的